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Casas-Torremocha, DianaAutor o CoautorManasanch, ArnauAutor o CoautorDalla Porta, LeonardoAutor o CoautorSanchez-Vives, Maria VAutor o CoautorZamora-Lopez, GorkaAutor o Coautor

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12 de noviembre de 2024
Publicaciones
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Review

Brain state identification and neuromodulation to promote recovery of consciousness

Publicado en: Brain Commun. 6 (5): fcae362- - 2024-10-29 6(5), DOI: 10.1093/braincomms/fcae362

Autores:

van der Lande, Glenn J M; van der Lande, Glenn J M; Casas-Torremocha, Diana; Manasanch, Arnau; Dalla Porta, Leonardo; Gosseries, Olivia; Alnagger, Naji; Barra, Alice; Mejias, Jorge F; Mejias, Jorge F; Panda, Rajanikant; Riefolo, Fabio; Thibaut, Aurore; Bonhomme, Vincent; Thirion, Bertrand; Clasca, Francisco; Gorostiza, Pau; Sanchez-Vives, Maria V; Sanchez-Vives, Maria V; Deco, Gustavo; Laureys, Steven; Zamora-Lopez, Gorka; Annen, Jitka
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Afiliaciones

Barcelona Inst Sci & Technol, Inst Bioengn Catalonia IBEC, Barcelona 08028, Spain - Autor o Coautor
Biomed Res Networking Ctr Bioengn Biomat & Nanomed, Madrid 28029, Spain - Autor o Coautor
Hangzhou Normal Univ, Int Consciousness Sci Inst, Hangzhou 311121, Peoples R China - Autor o Coautor
Inst Catalana Recerca & Estudis Avancats ICREA, Barcelona 08010, Spain - Autor o Coautor
Inst Invest Biomed August Pi i Sunyer IDIBAPS, Clin & Expt Neurosci, Barcelona 08036, Spain - Autor o Coautor
Liege Univ Hosp, Dept Anesthesia & Intens Care Med, B-4000 Liege, Belgium - Autor o Coautor
Teamit Inst, Barcelona Hlth Hub, Barcelona, Spain - Autor o Coautor
Univ Amsterdam, Swammerdam Inst Life Sci, NL-1098 XH Amsterdam, Netherlands - Autor o Coautor
Univ Autonoma Madrid, Sch Med, Dept Anat & Neurosci, Madrid 28029, Spain - Autor o Coautor
Univ Ghent, Dept Data Anal, B-9000 Ghent, Belgium - Autor o Coautor
Univ Hosp Liege, Ctr Cerveau, B-4000 Liege, Belgium - Autor o Coautor
Univ Laval, CERVO Brain Res Ctr, Joint Int Res Unit Consciousness, Quebec City, PQ G1J 2G3, Canada - Autor o Coautor
Univ Liege, GIGA Consciousness Themat Unit, Anesthesia & Perioperat Neurosci Lab, B-4000 Liege, Belgium - Autor o Coautor
Univ Liege, GIGA Consciousness, Coma Sci Grp, B-4000 Liege, Belgium - Autor o Coautor
Univ Paris Saclay, Inria, CEA, F-91120 Paris, France - Autor o Coautor
Univ Pompeu Fabra, Ctr Brain & Cognit, Computat Neurosci Grp, Barcelona 08018, Spain - Autor o Coautor
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Resumen

Experimental and clinical studies of consciousness identify brain states (i.e. quasi-stable functional cerebral organization) in a non-systematic manner and largely independent of the research into brain state modulation. In this narrative review, we synthesize advances in the identification of brain states associated with consciousness in animal models and physiological (sleep), pharmacological (anaesthesia) and pathological (disorders of consciousness) states of altered consciousness in humans. We show that in reduced consciousness the frequencies in which the brain operates are slowed down and that the pattern of functional communication is sparser, less efficient, and less complex. The results also highlight damaged resting-state networks, in particular the default mode network, decreased connectivity in long-range connections and especially in the thalamocortical loops. Next, we show that therapeutic approaches to treat disorders of consciousness, through pharmacology (e.g. amantadine, zolpidem), and (non-) invasive brain stimulation (e.g. transcranial direct current stimulation, deep brain stimulation) have shown partial effectiveness in promoting consciousness recovery. Although some features of conscious brain states may improve in response to neuromodulation, targeting often remains non-specific and does not always lead to (behavioural) improvements. The fields of brain state identification and neuromodulation of brain states in relation to consciousness are showing fascinating developments that, when integrated, might propel the development of new and better-targeted techniques for disorders of consciousness. We here propose a therapeutic framework for the identification and modulation of brain states to facilitate the interaction between the two fields. We propose that brain states should be identified in a predictive setting, followed by theoretical and empirical testing (i.e. in animal models, under anaesthesia and in patients with a disorder of consciousness) of neuromodulation techniques to promote consciousness in line with such predictions. This framework further helps to identify where challenges and opportunities lay for the maturation of brain state research in the context of states of consciousness. It will become apparent that one angle of opportunity is provided through the addition of computational modelling. Finally, it aids in recognizing possibilities and obstacles for the clinical translation of these diagnostic techniques and neuromodulation treatment options across both the multimodal and multi-species approaches outlined throughout the review.
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Palabras clave

(disorders of) consciousnessAnaesthesiaAnimal modelAnimal modelsArea induces reanimationBrain statesDirect-current stimulationDisorderElectrical-stimulationFunctional connectivityGeneral-anesthesiaNeuromodulationPropofol-induced lossThalamic-stimulationTranscranial magnetic stimulationVegetative state

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Brain Commun debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2024 aún no existen indicios calculados, pero en 2023, se encontraba en la posición 42/286, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Clinical Neurology.

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2026-04-02:

  • WoS: 15
  • Europe PMC: 12
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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-04-02:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 19.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 16 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 3.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 3 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: Belgium; Canada; China; France; Netherlands.

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Reconocimientos ligados al ítem

NA is research fellow, OG and AT are Research Associates, and SL is the research director at Fonds de la Recherche Scientifique (FRS-FNRS). JA is a postdoctoral fellow at the Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FWO) (1265522N). The study was further supported by the University and University Hospital of Liege, the BIAL Foundation, the Belgian National Funds for Scientific Research (FRS-FNRS), the European Union's Horizon 2020 Framework Programme for Research and Innovation under Specific Grant Agreement No. 945539 (Human Brain Project SGA3), the FNRS PDR project (T.0134.21), the ERA-Net FLAG-ERA JTC2021 project ModelDX Consciousness (Human Brain Project Partnering Project), the fund Generet, the King Baudouin Foundation, the Televie Foundation, the European Space Agency (ESA) and the Belgian Federal Science Policy Office (BELSPO) in the framework of the PROgramme de Developpement d'Experiences scientifiques (PRODEX Programme), the Public Utility Foundation 'Universite Europeenne du Travail', 'Fondazione Europea di Ricerca Biomedica', the BIAL Foundation, the Mind Science Foundation, the European Commission, the Fondation Leon Fredericq, the Mind-Care foundation, the DOCMA project (EU-H2020-MSCA-RISE-778234), the National Natural Science Foundation of China (Joint Research Project 81471100) and the European Foundation of Biomedical Research (FERB Onlus). EU grants ICT-36-2020-101016787 (DEEPER), EIC Pathfinder GAP- 101130883 (PHOTOTHERAPORT), and -EIC-2023-PATHF INDEROPEN-101130650 (META-BRAIN), Government of Catalonia AGAUR [Centres de Recerca de Catalunya (CERCA) Programme, 2021-SGR-01410; AGAUR 2021- SGR-01165 - NEUROVIRTUAL], Ministerio de Ciencia e Innovacion (MICINN) grants PID2019-111493RB-I00 (DEEP RED) and PID2022- 142609OB-I00 (EPILLUM), PID2020-112947RB-I00 financed by Ministerio de Ciencia e Innovacion (MCIN)/Agencia Estatal de Investigacion (AEI)/ 10.13039/501100011033 (CORTICOMOD), and Fundaluce and 'la Caixa' foundations (ID 100010434, agreement LCF/ PR/HR19/52160010).
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